CN1141843A - 一种生产具有取向成分的热塑性产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续化生产具有取向成分的热塑性产品的方法。该热塑性混合物中可包含有填料及聚合物。使用该方法可生产具有各种形状的一体发泡产品和实心产品。该产品中的填料量可高达75％(重量)。该产品可用挤出方法来成型，在挤出过程中热塑性聚合物和填料均产生纵向取向。以一体发泡芯层的实例来说，将模头组件设计成以便于聚合物分子和填料粒子的取向，并在热塑性混合物内形成一空腔，使其在发泡剂作用下向空腔内发泡，冷却后形成一体发泡芯层的产品。

Description

一种生产具有取向成分的热塑性产品的方法

本发明涉及生产热塑性混合物的方法和设备。更确切地说，本发明涉及生产具有纵向取向的聚合物分子的热塑性混合物的方法。用本发明的方法制成的产品可为实心的或中空的产品，或具有一体发泡芯层的产品。

热塑性聚合物已在各种应用领域使用多年。然而，这些用传统方法挤出的热塑性聚合物的缺点之一是，它们与其它的材料，诸如：木材或金属相比，这些聚合物的机械性能(诸如：承载能力)较差。这些较差的机械性能限制了大部分热塑性聚合物应用的范围。

人们做出了许多努力用于开发具有改善的机械性能的聚合物，这些通常被称为工程聚合物比通常被称为通用热塑性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯)有较好的机械性能，然而这种机械性能改进的同时伴随着产品价格的提高。

另外，各种各样的手段已被用于提高通用热塑性聚合物的机械性能。最常用的方法之一就是将增强性填料加入到热塑性聚合物中。这些被用作为增强性填料的材料的纵横比(即长度与有效半径之比)大于1，这些填料，诸如纤维或薄片材具有的性能(诸如韧性)大于热塑性聚合物的性能。由于填料具有的增强性能的原因，所以产生的复合材料比纯的热塑性聚合物具有优良的机械性能。增强性填料即可用诸如：玻璃、碳纤维、金属纤维或陶瓷纤维制成，也可以用天然材料，诸如：纤维素纤维、石棉、云母或滑石制成。含有各种纤维状的或矿物质的填料的各种牌号的聚合物已商业化。

提高热塑性聚合物机械性能的另一种方法是使一定数量的聚合物分子在同一个方向上成一直线或在同一个方向上取向。这是利用聚合物本身具有的坚固的碳-碳骨架而形成的。聚合物分子的取向使得到的产品的强度和韧性增加。各种各样的通过取向来增加热塑性聚合物的机械性能的方法已被采用。在纤维纺织过程中，聚合物纤维在挤出模头后被牵伸，随后，在牵伸的方向，聚合物分子被取向。在吹塑薄膜过程中，可通过在高压空气来吹胀圆筒状的挤出物来达到薄膜的双向取向(即对应于机器的方向进行水平和垂直方向的取向)。挤出物的这种吹胀可使薄膜产生圆周方向和轴向的拉伸。在这两种加工过程中，最终的产品具有一定的规格，采用这种规格能使产品迅速的冷却而保持已形成的分子取向。对较大的型材来说，为了保持任何已产生的取向而使型材冷却的做法是很困难的，尤其由于传统的挤出方法通常使用的温度远远高于热塑性聚合物的软化点或熔融点的温度。

解决充分冷却问题的方法之一是采用固相挤出。在该方法中，聚合物分子的取向在低于热塑性聚合物的熔融点或软化点的温度下进行。例如专利UK2 207436(Ward et al，989)描述了一利用固相挤出使线性聚乙烯的分子进行取向的方法。该固相形变过程是在液压活塞挤出机及要求压力在150～250MPa(22,000～36,000psi)压力下使聚乙烯在低于其熔点的温度下通过模头被挤压成锭料而形成的。然而，由于活塞挤出速度较慢和不能连续化生产，并且该过程需要高压，因此对大多数工业化应用场合来说是不经济的。

根据本发明，已发现任何分子量的热塑性聚合物可被进行连续化挤出，以生产出具有基本取向的各种各样的型材。与传统的挤出方法相比，本发明的方法可增加最终产品的强度和模量。另外，本发明的挤出方法可以使热塑性聚合物分子和可能存在的填料粒子在挤出过程中在同一方向上进行取向，同时可防止已产生的取向松驰。

本发明的目的在于提供一种连续生产具有取向成分的热塑性产品的方法。该方法包括的步骤为：提供一种含有热塑性聚合物的热塑性混合物，将该混合物的温度升高到一给定的温度范围，该温度范围恰好大于或等于该混合物的软化点，因而产生一熔融的热塑性混合物。将熔融的热塑性混合物经模头挤压，该热塑性混合物通过模头经历一个渐变流动过程而使热塑性聚合物中的至少一部分产生纵向取向。热塑性混合物在产生纵向取向后被冷却到低于其软化点的温度来保持已产生的取向，及将热塑性混合物进行固化。该产品可以是实心或中空的型材。

本发明的另一个目的在于提供一种连续生产具有取向成分和发泡芯层的热塑性产品的方法。该方法包括的步骤为：提供一种含有热塑性聚合物和发泡剂的混合物；将该热塑性混合物的温度上升到一给定的温度范围，该温度范围恰好大于或等于热塑性混合物的软化点，因而产生一熔融的热塑性混合物。将该熔融的热塑性混合物通过一模头进行挤压，挤出物的内部形成一空腔。该热塑性混合物通过模头经历一个渐变的流动过程而使至少一部分热塑性聚合物产生纵向取向。由于在热塑性混合物的外层产生纵向取向，因而形成一取向的外皮，热塑性混合物向其内部空腔发泡。然后将热塑性混合物冷却到低于其软化点温度来将其固化。按照本发明的方法加工成的产品是一些一体发泡的型材，该型材是由取向的硬质外皮和发泡的芯层组成。

本发明的又一个目的是提供一种用含有热塑性聚合物的热塑性混合物来生产一种含有取向成分的热塑性产品的设备。该设备包括一种将热塑性混合物的温度升高到一给定的温度范围(该温度范围大于或等于热塑性混合物的软化点)的装置，其后续装置包括一模头，该模头包括一内壁、进、出料口及在进、出料口之间有一料道，其进料口的直径大于出料口的直径，内壁的一部分是渐缩形的。该内壁并被限定成一个渐缩形料道用于使通过模头的热塑性混合物形成一渐变流动过程而使至少一部分聚合物分子产生纵向取向。该设备还包括一挤压装置和一冷却装置，该挤压装置用于将热塑性混合物通过模头挤压出；该冷却装置位于渐缩形料道的下游部位，用于将热塑性混合物进行冷却。较佳的设备可在模头中包括芯模定位装置，其中芯模可使热塑性混合物形成一空腔。

本发明的再一个目的是提供一种热塑性产品，该产品包括一含有热塑性聚合物的热塑性混合物，且其有纵向取向的热塑性聚合物的硬质外层及一体低密度发泡的芯层。

下面通过附图及实施例对本发明的方法作进一步描述。

附图简要说明：

图1为按照本发明的方法生产热塑性产品的设备。

图2为图1中用于成型实心产品的圆环部分2的放大剖面图。

图3为图1中用于成型成中空的，一体发泡产品圆环部分2的放大剖面图。

图4为沿图3中4-4线剖面图。

图5为用图3中安装的模头生产的环形取向的中空型材的剖面图。

图6为用图3中安装的模头生产的具有取向的硬质外皮和发泡芯层的圆形型材的剖面图。

在本发明的方法中，热塑性混合物通过一装配有模头的挤出机进行连续挤出。该模头包括有：一模头接套，一储料槽、一模头和定型套，在生产空心的或一体发泡产品时，还应有一芯模。模头接套用来将模头组件连接到挤出机上。可将物料加热或冷却到所需要的温度的储料槽具有两种功能。首先，储料槽被用于均化热塑性混合物的本体温度，其次，使润滑剂在热塑性混合物与模头组件的内表面之间的交界面上被注入，使润滑剂在进入模头之前被均匀地分散。由于挤出机螺杆的输送作用，使热塑性混合物最先通过模头接套和储料槽，然后被推压通过一渐缩形模头。润滑剂被用作为促使物料产生拉伸流动并在物料通过模头时减少剪切流动。模头被设计成可使聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)产生纵向取向。加工条件的选择是便于在模头内产生取向，然后保持该取向并使产品固化。真空定型套或定径套、冷却水浴、履带式牵引机及任一附加的后续装置为本领域技术人员熟知的装置。后续装置定型套的使用，用于进一步提高产品的质量和生产率。当然，热塑性混合物涉及到一种热塑性聚合物与任何一种添加剂，诸如色料、稳定剂、阻燃剂、润滑剂、加工助剂等的混合物。另外，热塑性混合物也可含有或不含有填料(尤其增强填料)、相容剂及物理和/或化学发泡剂。利用本发明的方法生产具有一定程度纵向分子取向或填料取向(当存在填料时)的实心产品、中空产品及具有一体发泡芯层的产品的设备的实例将通过讨论原材料种类及其预处理而生产高分子量的产品而进行讨论用于生产实心产品的方法和设备

如图1和2所示的实例中，显示了一个使用本发明的方法来生产实心的、高模量的热塑性产品的设备10的实施例。该设备包括，一挤出机12、一模头组件14、一冷却水浴16、一牵引机18及一切割装置20。挤出机12可为本领域技术人员熟知的多种不同类型的单螺杆或双螺杆挤出机之一，该挤出机被用于熔融热塑性混合物或通过一模头组件14中的料道17(如图2所示)输送该混合物。挤出机12的加工条件被选择以使热塑性混合物产生熔融

图2为使用本发明的方法生产实心或非发泡的取向的热塑性圆形型材的模头组件14的纵向剖面图。正如本领域技术人员所熟知的那样，“非发泡的”产品基本上为实心产品。当然，这将取决于材料、可能会存在的天然发泡剂(例如：水)，其中水可引起某种程度的发泡。当然，如果提供用于成型所要求产品的模头组件14，该加工方法可用于生产具有固定尺寸的任何截面型材的实心产品。模头组件14包括连接于挤出机机筒24末端的模头接套部分30，一放置于机筒24末端和模头接套部分30之间的多孔板28。模头组件14还进一步包括(从前到后顺序)为：连接于模头接套部分30上的储料槽40，模头60及定型套100。位于挤出机机筒24中的具有输送作用的挤出机螺杆26挤压熔融的热塑性混合物，使其通过多孔板28进入到模头接套部分30，模头接套部分30的形状被设计成一定的形状以便利用现有技术公知的方式在模头接套部分30的前端32部分将其连接到挤出机机筒24上，以便使模头接套部分30从前端部分32到后端部分或出口端部分34间有一个梯度变化，该模头接套部分30与储料槽40的前部入口端相邻接。当然，在某些条件下模头接套部分30和储料槽40可构成一个单一的部件。

在储料槽40的一侧可提供有一个或多个孔槽52，通过该孔槽可使润滑剂注入到储料槽壁面和热塑性混合物交接面上。优选的孔槽52的形状，可被加工成所需要的尺寸或形状以确保润滑剂均匀地分布在储料槽40的内壁周围，这样就使得热塑性混合物能通过料道17被挤压时，该润滑剂被均匀地涂覆在热塑性混合物的外面。热塑性混合物内也可含有润滑剂，该润滑剂是在挤出之前加入到混合物中去的。如图1所示，润滑剂可利用装置56，例如计量泵、注油泵、齿轮泵或其它公知的装置来注入，该装置56可在以能够克服储料槽40内部的压力的足够高的压力下连续提供必要量的润滑剂。该润滑剂被用于促进物料的拉伸流动及减少物料通过模头60的剪切流动。用于注入的适当的润滑剂包括：硅油、液体石蜡、甘油、脂肪族酰胺及其它液体形式的润滑剂。

储料槽40的长度被选择以便在该长度内使润滑剂有足够的时间在热塑性混合物的外周进行均匀的扩散。另外，储料槽40必须有足够的长度以确保热塑性混合物在所需要的温度下进入模头60内，并确保混合物的温度在其截面上尽可能均匀地分布。

模头60的设计对挤出方法的成功起到至关重要的作用。首先，模头60的出口部分的形状应与所要求型材的截面相一致。其次，模头的形状应该是考虑了聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)在流动方向上产生的取向程度、生产率和产品的外观而设计的，为了促成聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)在流动方向上的取向，最好是通过具有渐缩形状的模头挤压热塑性混合物，以便使该模头对熔融混合物产生一个永久的形变。模头60被加工成一定形状，并能够提供一个使整个热塑性混合物产生渐变的流动过程。当然，在某些条件下储料槽40和模头60可构成一个单一的部件。

模头的拉伸比被定义为模头的入口段与出口段横截面面积之比，模头的拉伸比必须足够大，以使产品中的聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)产生足够的取向。然而，如果拉伸比太大的话，通过模头向下牵引的力就大得不能让人接受，产生的熔融破裂会使挤出物的表面产生缺陷。最佳的模头拉伸比为3∶1～15∶1，然而，在给出适当的加工条件下，对某些热塑性混合物来说，也可用较大的拉伸比。另外可预料到，对相同热塑性混合物的产品来说，较大的拉伸比比较小的拉伸比可产生较大程度的取向。

模头的外形可用相关的数学方程式来校正，以使熔融热塑性混合物依据模头渐缩段的拉伸应变和拉伸应力速率而产生粘弹形变。研究表明：固定的拉伸应变速率通常是很有效的。拉伸应变速率被定义为每单位长度上的长度变化速率，这样，产生的拉伸应变速率是热塑性混合物通过模头的体积流动速率的函数。可预料最佳的结果是，模头形状，例如：双曲线(hyperbolic)形状产生一递减的拉伸应变速率。除双曲线形状以外，抛物线形状或圆锥形状的模头也可使用。然而为了使热塑性混合物通过模头的流动速率增加至最大可接受的程度，模头的渐变角度应该是小的角度，以便在模头段产生的拉伸应变速率不超过开始产生熔融破裂(例如，较差的挤出物表面性能)的应变速率。这样，热塑性混合物通过模头的最大可接受的流动速率，可通过选择模头形状以及聚合物树脂的分子量、填料的种类及用量、模头的温度及热塑性混合物进入模头时的温度来确定。

外部的润滑剂可被注入到储料槽40中，或被加入到热塑性混合物中，目的在于通过减少混合物与模头60的内表面94间的摩擦而使物料在模头60中产生拉伸形变。可利用高度抛光模头60的内表面，或施加涂覆层来增加模头60内表面94的润滑性，其目的在于将其间的摩擦减至最低程度

模头组件40的最后一个部分是定型套100，该定型套与邻接的模头60的出口端具有相同的横截面。定型套100的主要作用是保持产品尺寸的稳定性，并提供必要的冷却手段以维持聚合物混合物中聚合物分子和填料(如果存在的话)的取向。定型套100的长度可被选择以便其对热塑性混合物产生充分的冷却，用来维持已产生的取向。定型套100的温度对确定定型套的长度来说是很重要的。另外，由于使用了定型套，设备10可包括一段以上的温度控制段，或可包括由几个部分组成的定型套而使型材达到一温度，在该温度下，可使热塑性混合物产生逐渐的或渐序的冷却。用于设备10所要求的型材温度将在下面进一步讨论。当然，在某些情况下模头60或定型套100可构成一个单一的部件。

挤出机机筒24、模头组件14(包括模头接套部分30、储料槽40、模头60及定型套100)的温度应被仔细选择。例如，挤出机机筒24的温度应足够高以便热塑性混合物熔融，以避免由于多孔板28的原因而使产品具有明显的熔接缝或细纹。挤出机机筒24的温度应被仔细控制以防止物料产生过大的转矩。然而，如果热塑性混合物的温度过高，那么储料槽40应足够短以确保混合物横断面上的温度足够均匀。模头60的温度应足够高以便于取向，但温度也应低到足以防止聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)从它们的取向状态松驰掉。模头温度较佳为高于熔点(软化点)温度0～10℃(用于半结晶聚合物)，以及为高于玻璃化转变温度(例如：高于软化点温度)10～60℃(用于无定形聚合物)。定型套100的温度的选择应使热塑性混合物充分冷却以维持已产生的取向并固化该产品。因此，定型套100的温度必须低于热塑性混合物的软化点温度。

再如图1所示，由模头组件14挤出的挤出物可通过冷却水浴16(如图1所示)去进一步冷却以便于最终产品的加工。冷却水浴16也可用于冲洗掉任何残留的润滑剂。在挤出物通过冷却水浴16之后，履带式牵引机18可被用于牵引挤出物。该最终的拉伸可防止由于在模头组件后端出现的弯曲或下垂而引起挤出物产生任何形变，并有助于挤出过程。最后，切割装置20可被用于将最终产品切割至所需要的长度。用于生产中空产品的方法和设备

如图3所示为根据本发明的方法生产具有中空环状型材的热塑性产品的模头组件14’的纵向剖面图。当然，如果模头组件14’已给出的话，具有固定尺寸横截面的任何截面的中空型材可被生产出。如图3所示的模头组件14’与如图2所示的模头组件14之间的明显不同之处在于：模头组件14’有芯模46，该芯模46对于生产中空产品是必需的。模头组件14和14’的所有其它元件均相同。该芯模46利用最初的芯模支撑部分42使其前端49得到支撑，该支撑部分42位于模头接套部分30和储料槽40之间。芯模支撑部分42的横截面如图4所示，其具有三个支撑件44，这些支撑件44被连接到芯模46上。支撑件44的数目和位置被选择用于对芯模46提供足够的支撑而同时不使热塑性混合物产生破裂性流动，而支撑件44的形状被选择用于促进热塑性混合物围绕支撑件44产生流线型流动。在一个或一个以上支撑件44的中心，提供有一沟槽50，通过该沟槽50可将润滑剂注入到芯模46和热塑性混合物之间的界面上。其过程可通过与如图1所示的56类似的方式来完成。当然，芯模46和芯模支撑部分42可作为一个部件或几个部件被制成。

位于储料槽40和模头60之间的部件是第二个芯模支撑部分62。该支撑部分62的横截面与图4所示的支撑部分42的横截面类似，但在这种情况下，芯模46并不与支撑部分62相连接，以便使模头组件14’易于拆卸而便于维修该组件。如前所述，在芯模支撑部分62内的支撑件的数目和位置可被选择用于提供给芯模足够的支撑以确保当支撑件被成型成或按一定尺寸设计成用以保证热塑性混合物围绕支撑件产生流线型流动时，而使热塑性混合物不产生明显的破裂性流动。第二个支撑部分可存在也可不存在，这取决于芯模的尺寸和长度。

所有的为生产实心产品而设计的模头组件14时所考虑的问题在生产中空产品而设计的模头组件14’时也应该考虑。例如：储料槽40和定型套100的长度、模头60的形状、模头组件14’和挤出机12的温度的设定等因素应在考虑到如上所述的挤出物的外观、生产率和形成的取向度而选择确定。在生产中空产品过程中，芯模46的形状/尺寸和长度也是重要的考虑因素。与模头60和定型套100的横截面结合的芯模46的横截面也决定了产品的形状及壁厚。芯模46的长度被选择以便提供最终的中空型材内周面的尺寸的稳定性。也可利用现有技术公知的方法对芯模进行加热和/或冷却。加工条件(如果使用加热或冷却的话)，包括芯模温度的设定被选择以便于热塑性混合物在渐缩形模头中产生取向，及维护已产生的取向并固化已成型的中空产品。

图5所示为环状中空型材的横截面，该型材可根据本发明的方法，利用设备10中的模头组件14’而成型。该中空型材124的厚度由模头组件14’的设计情况来决定。用于生产一体发泡产品的方法及设备

如图1所示，使用图3所示的模头组件14’的设备10可被用于生产具有实心取向外皮和发泡芯层的一体发泡的圆形型材。当然，利用模头组件14’可生产具有固定横截面尺寸的一体发泡的型材。在这种情况下，挤出机12被用于熔融和输送含有发泡剂的热塑性混合物，使之通过如图3所示的模头组件14’，挤出机12也被用于引起必要的发泡作用，并通过使用活性发泡剂和产生必要的成型压力来完成发泡芯层的制造过程。挤出机12的加工条件被选择，以便使热塑性混合物产生熔融，并使发泡剂发生作用并均匀地分布在混合物中。当然，在这种情况下，发泡剂可为物理发泡剂或化学发泡剂，或者两者的结合物。

用于生产一体发泡产品的模头组件的外形与用于生产中空产品的模头组件14’的外形相类似。如上所述，将润滑剂在芯模46及储料槽40的内壁41与热塑性混合物之间的界面上注入以促进拉伸流动及减少通过模头60的剪切流动。用于生产中空产品的模头组件14与用于生产一体发泡产品的模头组件14’之间的不同之处在于芯模46的设计和作用。在生产中空产品时，芯模46的作用被用于确定成型的挤出物内周尺寸，并据此而设计相应的芯模。在生产一体发泡产品时，芯模46的作用在于在热塑性混合物中产生一个空腔，使混合物在空腔内产生膨胀而用以形成一具有发泡芯层的一体发泡产品。

因此，芯模46的横截面的选择是为了便于形成一个具有均匀密度和开孔结构的发泡芯层。最重要的是芯模46外壁92和模头60的内壁94间的间隙90的厚度。如果间隙90太小，及如果模头60的温度足够低，那么热塑性混合物可在产生发泡之前在间隙90中被完全固化。因此最终产品为中空产品而不是一体发泡的产品。太小的间隙可使物料在通过模头60时产生不理想的高的压力降，而太大的间隙由于不产生一足够的压力降而不能引起全部发泡在芯模46的端部47以外地方发生。在发泡产生时芯模46的长度起到至关重要的作用，其结果是：芯模的长度将决定取向的硬质外皮的厚度以及发泡芯层的性能。为了达到所希望的外皮厚度及一定的发泡程度，芯模46的长度可延长几英寸至模头60的渐缩部分的后端。另外，模头组件14’被设计以便保持沿模头组件14’有一足够高的压力，以使全部发泡仅在芯模46的端部47以外的地方来完成。

在该过程中，定型套100的主要作用是保持产品尺寸的稳定性，并产生一必要的冷却以维持硬质外皮中的聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)的取向。定型套100也可防止发泡作用而使型材产生变形。定型套100的长度的选择为足以使取向的外皮产生硬化，而使其内部充分发泡。定型套100的温度，在决定定型套长度方面是至关重要的。

挤出机机筒24和模头组件14’(包括模头接套30、储料槽40、芯模46、模头60及定型套100)的温度设定必须仔细选择而产生一个发泡的产品。例如，挤出机机筒2 4的温度应被设立得足够高以熔融热塑性混合物，并避免由于多孔板28的原因而在材料中产生可见的熔接缝及细线。模头60的温度应足够高以便于取向，但也应足够低以防止成型产品外皮中的聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)从它们的取向状态产生松驰。定型套100温度的选择是为了产生取向的外皮而使热塑性混合物充分地冷却，但并不阻碍发泡芯层的形成。另外，为了保持热塑性混合物内部的温度以便于发泡芯层的形成，需要用现有技术公知的适当方式加热芯模46的末端。

这样，热塑性混合物的本体温度(取决于挤出机12和储料槽40的温度)、模头60的温度、芯模46、定型套100的温度、芯模46的长度及这些因素的组合均决定挤出物取向硬质外皮的厚度。同样，拉伸比、模头60的形状、注入的润滑剂的种类及用量，混合物的本体温度及模头60的温度均决定硬质外皮的取向程度。发泡芯层的密度取决于热塑性混合物的组成、发泡剂的用量和种类(物理和/或化学发泡剂)成型材料的发泡温度，芯模46的长度和形状以及取向的硬质外皮的厚度。

如图6所示是根据本发明的方法成型的圆形一体发泡型材的横截面。该产品包括：发泡芯层120和硬质外层或外皮122。如上所述，取向硬质外皮的厚度、硬质外皮中热塑性聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)的取向程度、产品的外观及发泡芯层120的最终密度和开孔尺寸均取决于模头组件14’的设计(尤其取决于模头60及芯模46)及加工条件(例如挤出机12和模头组件中各部分的温度)，所使用的润滑剂的种类及用量以及整个加工生产率，并且取决于热塑性混合物(包括发泡剂的选择)的组成。一体发泡产品的密度将取决于硬质外皮122的厚度和硬质外皮122及发泡芯层120的密度。

通过本发明的方法生产的一体发泡产品的性能与通常的一体发泡产品的性能在几个方面的比较，是合乎要求的。首先，根据本发明的方法生产的一体发泡产品的弯曲强度和模量明显增加(为一般一体发泡产品的2～10倍)这种改进是由于在硬质外皮中的聚合物分子和填料粒子(如果存在的话)取向的结果。因此，由于一体发泡产品的强度和韧性受到环绕发泡芯层的硬质外皮的强度和韧性的限制，因此，一体发泡产品具有最大可接受的功效。其次，根据本发明方法生产的具有较厚外皮的一体发泡产品可允许被钉固或螺固而不致被破坏。除非由于硬质外皮较薄及发泡芯层较脆而使一体发泡产品不能被钉入或螺入。再次，根据本发明的方法生产的一体发泡产品可含有较高含量的填料(在某些情况下，含量可高达80重量百分比)，而一般一体发泡产品含有很少量的填料(低于30重量百分比)(如果可使用填料的话)。增加填料含量除了降低材料的成本以外(如果使用增强填料的话)，也可增加产品的机械性能。热塑性混合物的成型和制备

热塑性混合物中的聚合物成分可含有热塑性聚合物，其可从一组中选择，它们是：聚烯烃(包括聚乙烯、聚丙烯及它们的共聚物)、氯乙烯均聚物和共聚物、高耐热性苯乙烯树脂(聚苯乙烯、ABS和苯乙烯-马来酸酐共聚物)、聚酯、聚酰胺、聚碳等。另外，该方法还进一步包括：热固性聚合物，诸如：酚醛、脲醛树脂、环氧树脂等。该方法可用新的或回收的(废料)热塑性聚合物(塑料)。而该方法可用混合的(掺和的)回收塑料，挤出产品的质量取决于所使用的回收塑料的组成，更确切地说，取决于不同聚合物的种类和浓度。考虑到经济上的原因，从瓶或薄膜(在造粒前)回收的塑料颗粒(或碎片)为较佳，主要由于造粒过程可明显增加成型材料的成本。

根据本发明的方法，一单个聚合物的多种牌号间的选择过程中，所给定牌号的平均分子量可明显影响取向的程度。典型地，对给定聚合物来说，具有较低平均分子量的树脂牌号，由于其比具有较高平均分子量的树脂牌号松驰较快，因此其可减少这些聚合物的取向。因此，为了保持由渐变模头产生的最大程度的取向，优选采用较高分子量的给定的聚合物树脂牌号。另外，较高分子量的树脂牌号可在渐变模头中用较大的拉伸应变速率进行挤出，因此，可在较高的流动速率下加工。然而，聚合物分子量的选择，将取决于后者与增强填料混合的能力，并因而受到限制。因此，在取向的松驰程度、加工性和便于混合之间采取一种妥善处理的办法是必要的。所以，最高分子量的选择应与便于混合相一致是较优选的。

热塑性混合物的填料成分可包含用作为增强填料的材料。如果填料的纵横比(被定义为填料的长度与有效半径的比例)大于1，可考虑使用增强性填料。无机的增强性填料包括：玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维、石棉、滑石、云母等。有机材料也可被用作增强性填料。例如，用聚合物制造的纤维是可能的，该纤维比热塑性混合物中的聚合物成分的软化点高，诸如：尼龙或聚酯纤维。填料的含量是可变化的，但是在高含量的填料下(大于70重量百分比)，用于各种填料与聚合物结合时会使填料与聚合物的混合变得相当困难。

纤维素纤维或含有纤维素纤维的颗粒也可被用作为增强性填料。然而，纤维素在大于220℃的温度下会产生分解，因此，如果使用纤维素作为填料，那么在该温度以上被加工的聚合物必然会被排除掉。这样，多数被称为工程聚合物的聚合物就不能用本发明的方法与纤维素一起被使用(主要是由于工程聚合物的软化点太高)。纤维素纤维可来源于木材或森林的副产品及废品，诸如木粉或碎木屑、锯末纸(报纸、杂志、纸板)、木浆(化学的、化学-机械的、机械的、漂白的或未漂白的木浆)及农业副产品、诸如：稻壳、稻/麦杆、玉米皮、花生皮、各种坚果的壳等具有纤维素成分的材料。生产细微的、但可自由流动的纤维素填料粒子的工艺是众所周知的技术，并很容易被用于本发明的方法。这样，占有经济优势的纤维素填料的使用几乎不受到限制。例如，本发明的方法中通常使用短纤维素纤维，在其它情况下，也可考虑使用无商业价值的填料，例如来源于捣成浆状的细碎的纤维素纤维。另外，试验表明：含有纤维素填料的热塑性混合物可被重新研磨和再加工多次而不使最终产品的性能下降。由于纤维素纤维具有的超常的柔软性和韧性，使其在再加工过程中能承受进一步的破坏。

在制备热塑性混合物过程中，为了使非极性聚合物与高极性的填料，例如：纤维素纤维进行分散和相容，有必要使用分散剂/偶联剂。这些表面活性剂可优先浸湿填料粒子的表面(这里是为了增加分散程度)，并使填料粒子的表面和聚合物的表面间的粘结性(偶合性)增加。例如，当使用聚乙烯时，马来聚乙烯可作为有效的分散剂，而当聚丙烯作为热塑性混合物的聚合物成分时，马来聚丙烯为更有效的分散剂。所需要的分散剂的量取决于填料粒子的表面积，当以100重量份的热塑性混合物为基准时，分散剂的用量为1～5份。可通过试验来确定最佳的分散剂的用量。其它的成分，诸如：脂肪酸、钛酸盐、锆酸盐、硅烷等也可被用作为相容剂或分散剂。

为了生产含有增强性填料的热塑性混合物，首先将一已称重的填料与一合适的聚合物、相容剂/分散剂(如果必要的话)及任何其它的添加剂，诸如色料、稳定剂、阻燃剂等混合，该填料可被用于增加产品的性能。然后，将该混合物在双螺杆挤出机中进行强烈的混合，可采用热动力的混合机，例如Gelimat混合机(Draiswerke)或K-Mixer(Synergisties)，或任何相似型号的混合设备。热动力的混合机尤其适合于制备填料含量高的热塑性混合物，并发现这些混合机可使填料在混合物中有效地分散。另外，使用热动力混合机来制备含有纤维素填料的热塑性混合物。热动力混合机的大强力混合作用不仅可减小不被接受的大颗粒纤维素粒子的尺寸，也可使纤维素间的结合被分离开，并增加纤维素填料的容积。

当使用图1所示的设备10生产发泡产品时，发泡剂的选择将取决于几种因素，包括：挤出条件、树脂的种类及发泡剂的成本。发泡剂可被分类成化学发泡剂或物理发泡剂。当化学发泡剂被加热到产生气体时，该发泡剂被分解，然后使热塑性混合物产生发泡。最常用的化学发泡剂包括：可分解产生二氧化碳的碳酸氢钠，及可分解产生氮气的偶氮碳酸氢胺。物理发泡剂为在加工温度下产生挥发物或气体的化合物，并产生必要的压力而使热塑性混合物发泡。水、二氧化碳、氮及氯氟化碳最常被用作为物理发泡剂，这些发泡剂在挤出之前与混合物进行混合，或直接从挤出机机筒注入。然而，化学发泡剂比物理发泡剂的价格高，并能产生细微的开孔发泡产品(这些微孔发泡产品常常是希望得到的)。因此，为了减少发泡剂的成本，通常将化学发泡剂和物理发泡剂结合使用以达到所希望的开孔结构。

当使用纤维素填料时，由于水被纤维素吸收可利用加工足以产生一定程度的发泡，这样，额外的发泡剂就没有必要使用。例如，在正常环境下的木纤维，在与空气达到平衡时可含有高达10％的水，这主要取决于空气的湿度。被纤维素纤维吸收的一些水份在混合期间将被蒸发掉，但还有足够量的水可用于热塑性混合物的发泡。另外，热塑性混合物也在混合过程中吸收水，例如使用水下造粒。然而，使用水作为发泡剂将受到缩聚反应聚合物的限制，例如聚酯、聚碳酸酯，在加工温度下(仍存在有几个ppm的水情况下)可产生解聚作用。这样，水作为发泡剂就不适合用于这些聚合物。

下面的非限定的实施例中将结合图1～3来说明本发明的制备方法。

可使用ASTM D-790的标准来测定弯曲性能。对环状型材来说，在ASTM D-4476中夹紧装置可被改进以适应样品的弯曲部分。韧性的测定可用ASTM D-256 Izod试验标准。

几种没有取向的实心样品的性能(加入和没加入填料)可通过模压方法来制备(表1)，用以与各种取向样品进行比较。

下列符号在实施例中使用：聚合物HIPS  高抗冲聚苯乙烯，MI＝13.5MB    回收的高密度聚乙烯(HDPE)牛奶瓶MC    回收的混合有色料的HDPEMIPS  中等抗冲的聚苯乙烯，MI＝19PE1   吹塑级的高密度聚乙烯，MI＝0.4PE2   注射级的高密度聚乙烯  MI＝5PP    聚丙烯MI＝0.8PVC   聚氯乙烯K值＝58纤维素填料CS    玉米皮DIN   去墨迹的白报纸GC    磨碎的纸板GN    磨碎的白报纸GWP   磨碎的木浆RH    稻壳SD    锯末TMP热力学纸浆(Thermo-mechani

  cal pulp)WF    木粉WS    麦秆相容剂：IR   离子键树脂MPE  马来聚乙烯MPP  马来聚丙烯PPS  反应的聚苯乙烯SMA  苯乙烯-马来酸酐实施例1

该实施例描述生产一圆形实心聚丙烯产品(外径为0.33英寸)。

(a)本实施例中使用的热塑性混合物包括：挤出级的聚丙烯(Profax 6631 MI＝1，Himont)，将1份硅油(以100重量份计)(Dow Corning 200，12，500cs.Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂

(b)本实施例使用的设备为0.75英寸的单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)，并安装有适当尺寸的模头组件以生产外径为0.33英寸的圆形实心型材产品。储料槽和模头被构成单一部件，其进、出口直径分别为0.75英寸和0.33英寸。定型套的长度接近7英寸。模头组件的拉伸比为5∶1。

(c)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段的温度(从前到后)分别为：155℃、170℃、175℃；

模头组件控制段的温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：165℃、140℃、90℃；

挤出机螺杆的转速为：8RPM。

(d)生产的圆形实心样品具有外径0.33英寸。样品的机械性能如表2所示。实施例2

本实施例描述生产具有外径为0.33英寸的圆形实心聚苯乙烯产品。

(a)本实施例中使用的热塑性混合物包括：挤出级的聚丙烯(Crystal Polystyrene 202，MI＝3.0，Huntsonan Chemical Corp.)，将1份的硅油(以100重量份计)(Dow Corning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂。

(b)本实施例使用的设备与实施例1的设备相同。

(c)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段的温度(从前到后)分别为：155℃、180℃、180℃；

模头组件控制段的温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：160℃、140℃、90℃；

挤出机螺杆的转速为：6RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。其机械性能如表2所示。实施例3

本实施例描述生产具有1英寸外径圆形实心聚乙烯产品。

(a)本实施例中使用的热塑性混合物包括：吹塑级的高密度的聚乙烯(Sclair 58A，MI＝0.4，DuPont)。

(b)本实施例使用的设备为2.5英寸单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)并安装有具有适当尺寸的模头组件，用以生产具有1英寸外径的圆形实心型材。储料槽的外径为2英寸、长度为12英寸。定型套由二部分组成：每部分为10英寸长，用各自的温度控制系统进行控制，该定型套提供空气冷却。模头组件的拉伸比为4∶1。

(c)本实施例的加工条件如下：

挤出机螺杆控制段的温度(从前到后)为：135℃、140℃、141℃、142℃；

模头组件控制段的温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：140℃、138℃、136℃、125℃、90℃；

挤出机螺杆的转速为：20RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为1.0英寸，其机械性能如表1所示。实施例4

本实施例描述生产各种用纤维素填充的圆形实心聚乙烯产品(外径为0.33英寸)。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物包括：吹塑级高密度聚乙烯(Sclair あ担福粒停桑剑爱4，DuPont)，占纤维素填料重量4％的偶联剂(Fusnbond MB 226D，DuPont)，在填料浓度范围内可使用各种纤维素填料。使用的纤维素填料为：热力学纸浆(TMP)、磨碎的木浆(GWP)、去墨迹的白报纸(DIN)，磨碎的白报纸(GN)、磨碎的木粉(WF)、磨碎的纸板(GC)、磨碎的玉米皮(CS)、磨碎的麦秆(WS)及磨碎的玉米壳(RH)。将1份(以100重量份计)的硅油(DowCorning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂。适用于各种混合物的填料种类和用量如表3所示。

(b)本实施例所使用的设备与实施例1的设备相同。

(c)适用于所有混合物的具有代表性的加工条件如下：

挤出机机筒控制段的温度(从前到后)为：135℃、165℃、150℃；

模头组件控制段的温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：145℃、140℃、120℃；

挤出机螺杆的转速为：20RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。各种样品的机械性能如表3所示。实施例5

本实施例描述生产具有0.33英寸外径的用纤维素填充的各种圆形实心聚乙烯产品。

(a)本实施例中使用的热塑性混合物包括：50重量份各种牌号的聚乙烯，占纤维素填料重量4％的马来聚乙烯(Fusabond MB226D，DuPont)作为偶联剂，50重量份的热力学纸浆或去墨迹的白报纸。所使用的不同的聚乙烯为：注射级聚乙烯(Sclair 2907，MI＝5，DuPont)，从牛奶瓶回收的高密度聚乙烯和回收的混合有色料的高密度聚乙烯。适用于各种混合物的聚合物种类及填料的种类和用量如表4所示。将1份(以100份重量计)的硅油(Dow Corning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂。

(b)本实施例使用的设备与实施例1的设备相同。

(c)本实施例的适用于所有混合物的具有代表性的加工条件与实施例4中使用的条件相似。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。各种样品的机械性能如表4所示。实施例6

本实施例描述生产具有0.33英寸外径的用纤维素填充的环形实心聚丙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物包括：50重量份的挤出级聚丙烯(Prafax 6631，MI＝1，Himont)，占纤维素填料的4％(重量)的马来聚丙烯(Epolene E-43，MW＝4500，Eastman Chemicals)，50重量份热力学纸浆或去墨迹的自报纸。适用于各种混合物的填料的种类和用量如表4所示。将1份(以100重量份计)的硅油(Dow Corning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂。

(b)本实施例所使用的设备与实施例1相同。

(c)本实施例适合于各种混合物的具有代表性的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：165℃、190℃、180℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：180℃、165℃、130℃；

挤出机螺杆的转速为：20RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。各种样品的机械性能如表4所示。实施例7

本实施例描述生产具有0.33英寸外径的用纤维素填充的各种圆形实心的聚氯乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物包括：70重量份的硬聚氯乙烯(K值为58)，其中含有稳定剂和加工助剂，30份的木粉，并将1份(以100重量份计)的硅油(Dow Corning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂。

(b)本实施例所使用的设备同实施例1。

(c)本实施例适用于所有混合物的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：140℃、190℃、180℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：170℃、150℃、105℃；

挤出机螺杆的转速为：6RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。各种样品的机械性能如表4所示。实施例8

本实施例描述生产具有0.33英寸外径的用纤维素填充的圆形实心聚苯乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物包括：中等抗冲的聚苯乙烯(MI＝19)或高抗冲的聚苯乙烯(MI＝13.5)作为聚合物成分，热力学纸浆或木粉作为填料成分，占纤维素填料4％(重量)的反应性聚苯乙烯或苯乙烯马来酸酐。适用于各种聚合物的种类及填料的种类和浓度如表5所示。将1份(以100重量份计)的硅油(Dow Corning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂

(b)适用于各种混合物的具有代表性的加工条件如下：

挤出机机筒控制段的温度(从前到后)为：100℃、160℃、145℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：130℃、120℃、110℃；

挤出机螺杆的转速为：6RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。这些样品的机械性能如表5所示。实施例9

本实施例描述生产具有0.33英寸外径的用云母填充的各种圆形实心聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物包括：吹塑级高密度聚乙烯(Sclair 58A，MI＝0.4，DuPont)，云母(Mica White200，平均粒径为35μ，L.V.Lomas)，及离子键树脂(Surly 9950，MI＝5.5，DuPont)作为相容剂。用于各种混合物的填料和相容剂的含量如表6所示，将1份(以100重量份计)的硅油(Dow Corning 200，12，500cs，Dow Corning)加入到混合物中作为润滑剂。

(b)本实施例所使用的设备同实施例1。

(c)本实施例适用于所有混合物的具有代表性的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：135℃、155℃、155℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：145℃、140℃、120℃；

挤出机螺杆的转速为：10RPM。

(d)所生产的圆形实心样品的外径为0.33英寸。这些样品的机械性能如表6所示。实施例10

本实施例描述生产具有1英寸外径的用锯末填充的各种圆形实心聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物包括：50重量份的高密度聚乙烯(Sclair 58A，MI＝0.4，DuPont)，50份锯末及4份马来聚乙烯(Fusabond MB 226D，MI＝2，DuPont)。

(b)本实施例所使用的设备同实施例3。

(c)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：140℃、142℃、145℃、148℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽/模头、定型套的温度)为：144℃、140℃、100℃、50℃；

挤出机螺杆的转速为：14RPM；

润滑剂：在储料槽位置将200cs硅油(DowCorning)通过两个注入孔以1ml/hr的速度注入。

生产率为：20in/min；

(d)所生产的圆形实心样品的外径为1.0英寸。这些样品的机械性能如表7所示。实施例11

本实施例描述生产具有1英寸外径的用锯末填充的环形中空聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物同实施例10。

(b)本实施例所使用的设备为2.5英寸的单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)，并安装有具有合适尺寸的模头组件，用以生产具有1英寸外径的环形中空型材。储料槽的外径为2英寸，长度为12英寸。定型套由二部分组成，每部分长10英寸，具有空气冷却，分别控制温度系统，模头组件安装有外径为0.7英寸的圆形芯模，并经过模头的末端延长8英寸。模头组件的拉伸比为7∶1。

(c)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：140℃、145℃、148℃、151℃；

模头组件控制段温度(模头接套、芯模、支撑件、储料槽、模头、定型套的温度)为：149℃、146℃、142℃、135℃、124℃、63℃；

挤出机螺杆的转速为：6RPM；

润滑剂：200cs的硅油(Dow Corning)通过储料槽上的两个注入孔以2ml/hr的速率注入；

生产率：16in/min；

(d)所生产的中空环形样品的外径为1英寸。这些样品的机械性能如表7所示。实施例12

本实施例描述生产具有1英寸外径的用锯末填充的圆形一体发泡的聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物同实施例10。水(混合物中的湿度)与碳酸氢钠的结合物作为发泡剂(每100重量份中约2份水、1份碳酸氢钠)。

(b)本实施例所使用的设备为2.5英寸的单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)，并安装有适当尺寸的模头组件，以生产具有1英寸外径的圆形一体发泡的型材。储料槽的外径为2英寸，长度为12英寸。定型套由二部分组成，每部分长度为10英寸，分别用提供有空气冷却的温度控制系统进行温控。模头组件安装有外径为0.7英寸的圆形芯模，该芯模在模头末端以外的地方延长有2.5英寸。该模头组件的拉伸比为7∶1。

(b)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：135℃、142℃、144℃、146℃；

模头组件控制段温度(模头接套、芯模、支撑件、储料槽、模头、定型套的温度)为：140℃、135℃、124℃、122℃、100℃、44℃；

挤出机螺杆的转速为：15RPM；

润滑剂：200cs硅油(Dow Corning)通过储料槽上的二个注入孔以1ml/hr的速率注入。

生产率为：20in/min；

(d)所生产的圆形一体发泡样品的外径为1英寸，其具有硬质、光滑的外皮和内部开孔的发泡结构。这些样品的机械性能如表7所示。实施例13

本实施例描述生产具有1.5×2.5实心的长方形锯末填充的聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物同实施例10。

(b)本实施例所使用的设备为2.5英寸的单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)，并安装有适当尺寸的模头组件，以生产具确1.5英寸×2.5英寸的长方形实心的型材。储料槽由二部分组成，每部分长7.5英寸，内部尺寸为3×5英寸，分别用两部分温控系统进行控制。定型套由二部分组成，每部分长10英寸，并分别用提供有空气冷却的温度控制系统进行控制。模头组件的拉伸比为4∶1

(c)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：140℃、142℃、143℃、146℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽、模头、定型套的温度)为：144℃、142℃、138℃、136℃、115℃、80℃；

挤出机螺杆的转速为：6RPM；

润滑剂：200cs硅油(Dow Corning)在第一个储料槽通过两个注入孔以16ml/hr的速率注入；

生产率：3.25in/min。

(d)所生产的实心长方形样品的外径为1.5×2.5英寸。这些样品的机械性能如表8所示。实施例14

本实施例描述生产具有1.5×2.5英寸的用锯末填充的长方形中空聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物同实施例10。

(b)本实施例所使用的设备为2.5英寸的单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)，并安装有适当尺寸的模头组件，用以生产具有1.5×2.5英寸的长方形型材。储料槽为9.0英寸长，其内径为3×5英寸。定型套由二部分组成，每部分长10英寸，分别用供有空气冷却的温度控制系统进行控制。模头组件安装有外径为0.96×1.96英寸的长方形芯模，并延伸至模头端部以外8英寸长。模头组件的拉伸比为7∶1。

(b)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：139℃、141℃、142℃、144℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽、模头、定型套的温度)为：140℃、127℃、136℃、100℃、70℃；

挤出机螺杆的转速为：8RPM；

润滑剂：200cs硅油(Dow Corning)在第一个储料槽通过两个注入孔以10ml/hr的速率注入；

生产率为：4in/min

(d)所生产的中空长方形样品为1.5×2.5英寸，壁厚为0.27英寸。这些样品的机械性能如表8所示。实施例15

本实施例描述生产具有1.5×2.5英寸的用锯末填充的长方形一体发泡的聚乙烯产品。

(a)本实施例所使用的热塑性混合物同实施例10，水被用作为发泡剂，热塑性混合物中的湿度量被小心调节为4份(以100重量份计)。

(b)本实施例所使用的设备为2.5英寸的单螺杆挤出机(L/D比为24∶1)，并安装有适当尺寸的模头组件，以生产具有1.5×2.5英寸的长方形一体发泡的型材。储料槽由二部分组成，每部分长度为7.5英寸，其内径为3×5英寸，对这二部分分别进行温度控制。定型套也是由两部分组成，每部分长10英寸，并分别用提供有空气冷却的温度控制系统进行控制。模头组件安装有外径为0.96×1.96英寸的长方形芯模，该芯模延伸至模头末端以外大约2英寸处。该模头组件的拉伸比为7∶1

(b)本实施例的加工条件如下：

挤出机机筒控制段温度(从前到后)为：140℃、141℃、143℃、143℃；

模头组件控制段温度(模头接套、储料槽、模头、定型套的温度)为：143℃、138℃、135℃、133℃、110℃、90℃；

挤出机螺杆的转速为：8RPM；

润滑剂：200cs硅油(Dow Corning)在第一个储料槽上的两个注入孔以24ml/hr的速率注入；

生产率为：3.2in/min。

(d)所生产的长方形一体发泡样品为1.5×2.5英寸，并具有硬质、光滑的外皮和内部开孔发泡结构。这些样品的性能如表8所示。

表1注塑样品的机械性能

混合物	填料含量(wt％)	Izod冲击强度(KJ/m2)	弯曲性能
					强度(MPa)	模量(GPa)
			PE2PE2/TMP/MPE1PPPP/TMP/MPP2PS	--25--25--			10078--23--	2055357576	0.92.01.52.63.1

1、该热塑性混合物包括：50重量份注射级高密度聚乙烯，50份热力学纸浆和4份马来聚乙烯(Fusabond MB 226D，MI＝2，DuPont)。

2、该热塑性混合物含有：50重量份聚丙烯(Profax 6631，MI＝2，Himont)，50份热力学纸浆和4份马来聚丙烯(EpoleneE-43，MW＝4500，Eastman Chemcial)。

表2各种非填充的实心样品的弯曲模量

混合物	模量(GPa)
		PE11PP2PS2	2.22.84.0

1、外径为1.0英寸的样品

2、外径为0.33英寸的样品

表3用纤维素填充的聚乙烯实心样品的机械性能

混合物1	填料含量(wt％)	Izod冲击强度(KJ/m2)	弯曲性能
					强度(MPa)	模量(GPa)
			PE1/TMP/MPEPE1/TMP/MPEPE1/TMP/MPEPE1/TMP/MPE	30405060			13.012.710.27.2	99.7100.4105.394.7	3.974.154.604.87
PE1/GWP/MPEPE1/DIN/MPEPE1/GN/MPEPE1/WF/MPEPE1/WF/MPEPE1/GC/MPEPE1/GC/MPE	50505050704050	9.113.614.611.89.315.114.6			94.6101.3114.793.485.999.7101.2	4.354.204.604.104.934.614.34
			PE1/CS/MPE	50			10.3	103.7	4.9
PE1/RH/MPEPE1/RH/MPEPE1/RH/MPE	506070	13.210.18.9			101.990.686.8	4.74.84.5

1、所有混合物均含有(占填料重量)4％的相容剂

表4各种用纤维素填充的实心样品的机械性能

混合物	填料含量(wt％)	Izod冲击强度(KJ/m2)	弯曲性能
					强度(MPa)	模量(GPa)
			PE2/TMP/MPE	50			11.8	101.5	4.55
MB/DIN/MPE	50	13.8			97.1	4.53
			MC/DIN/MPEMC/TMP/MPE	5050			12.813.7	86.592.7	3.783.91
PP/TMP/MPPPP/DIN/MPP	5050	11.17.5			104.585.9	4.04.0
			PVC/WF	30			3.7	59.0	3.6

表5用纤维素填充的实心聚苯乙烯样品的机械性能

混合物1	填料含量(wt％)	Izod冲击强度(KJ/m2)	弯曲性能
					强度(MPa)	模量(GPa)
			MIPS/TMPMIPS/TMP/RPSMIPS/TMP/RPSHIPS/TMP/RPS	20203030			5.55.34.24.2	52.456.464.661.9	3.13.44.03.6
MIPS/WF/RPSMIPS/WF/RPSMIPS/WF/RPSMIPS/WF/SMA	50607060	3.93.42.73.3			62.060.355.454.0	4.95.15.66.2

1、该热塑性混合物含有4％(占填料重量)的相容剂(当加入相容剂时)。

表6用云母填充的聚乙烯实心样品的机械性能

混合物	填料1含量(wt％)	相容剂2含量(wt％填料)	弯曲性能
					强度(MPa)	模量(GPa)
			PE1/Mica/IRPE1/Mica/IRPE1/Mica/IRPE1/Mica/IR	40506070			2222	919010892	4.34.87.17.6
PE1/Mica/IR	70	4			100	7.2

1、云母(Mica white 200，L.V.Lomas)具有平均粒径35μ及纵横比大约为5；

2.离子键树脂(Surlyn 9970，DuPont)被用作为相容剂

表7各种外径为1英寸的用纤维素填充的聚乙烯

样品的机械性能

混合物	产品类型	密度(g/cm3)	弯曲模量(GPa)
				PE/SD/MPE1PE/SD/MPE1PE/SD/MPE1	实心中空一体发泡	1.151.1520.57	4.98.14.0

1、该热塑性混合物含有：50重量份高密度聚乙烯(Sclair 58A，MI＝0.4，DuPont)，50份锯末，4份马来聚乙烯(Fusabond MB 226D，MI＝2，DuPont)；

2、为成型实心壁型材材料的密度。

表8各种1.5×2.5英寸的用纤维素填充的聚乙烯

样品的机械性能

混合物/材料	产品类型	密度(g/cm3)	弯曲模量(GPa)
				PE/SD/MPE1PE/SD/MPE1PE/SD/MPE1PE/SD/MPE1PE/SD/MPE1	实心中空一体发泡一体发泡一体发泡	1.161.1620.610.700.82	9.119.764.945.736.31
SpruceWhite pine	----	0.420.44	7.129.46

1、该热塑性混合物含有：50重量份高密度聚乙烯(Sclair 58A，MI＝0.4，DuPont)，50份锯末和4份马来聚乙烯(Fusabond MB 226D，MI＝2，DuPont)；

2、为型材的实心壁的材料的密度。

Claims (31)

1、一种连续化生产含有取向成分的热塑性混合物和发泡芯层的热塑性产品的方法，该方法包括：

(a)提供一种含有热塑性聚合物和发泡剂的热塑性混合物；

(b)将热塑性混合物的温度升高到一给定的温度范围，该温度范围大于或等于该热塑性混合物的软化点，从而产生一熔融的热塑性混合物；

(c)通过模头挤压该熔融混合物，并在其中形成一个内部空腔，该热塑性混合物通过模头经历一渐变流动过程而使至少一部分热塑性聚合物产生纵向取向；

(d)保持在热塑性混合物的外层内已产生的取向，从而形成一取向的外皮；

(e)该热塑性混合物向形成的空腔内发泡，及

(f)将热塑性混合物的温度冷却到其软化点温度以下，以便固化该热塑性混合物。

2、如权利要求1所述的方法，其中，热塑性混合物通过模头经历一渐变的流动过程，并产生一个递减的拉伸应变速率，使之不超过开始产生熔融破裂的拉伸应变速率。

3、如权利要求1所述的方法，其中，热塑性混合物通过模头经历一渐变流动过程，并产生一个固定的拉伸应变速率，该应变速率不超过开始产生熔融破裂的应变速率。

4、如权利要求1所述的方法，其中，热塑性混合物包括一与之充分混合的填料。

5、如权利要求4所述的方法，其中，填料的纵横比大于1。

6、如权利要求5所述的方法，其中，通过横头的渐变流动速率使至少一部分填料产生纵向取向。

7、如权利要求4所述的方法，其中，填料从由纤维素纤维组成的一组填料中选择，这些填料为：纤维素粒子、云母碎片、滑石碎片、石棉纤维、玻璃纤维、金属纤维和碳纤维。

8、如权利要求4所述的方法，其中，热塑性混合物具有高达75％(重量)的填料。

9、如权利要求4所述的方法，其中，热塑性混合物通过模头经历一个渐变的流动过程，并产生一个递减的拉伸应变速率，该应变速率不超过开始产生熔融破裂的应变速率。

10、如权利要求4所述的方法，其中，热塑性混合物通过模头经历一个渐变的流动过程，并产生一个固定的拉伸应变速率，该应变速率不超过开始产生熔融破裂的应变速率。

11、一种用含有热塑性聚合物的热塑性混合物生产具有取向成分的热塑性产品的设备，该设备包括：

(a)将热塑性混合物的温度升高到一给定温度范围的装置，该温度范围大于或等于热塑性混合物软化点的温度；

(b)(a)装置的后面为一模头，该横头具有内壁、进、出入口及位于进、出入口之间的料道，进口的面积大于出口的面积，模头内壁的一部分是渐缩形的，并被限定成渐缩形料道，在料道中所使用的热塑性混合物通过模头经历一个渐变的流动过程，使至少一部分热塑性聚合物产生纵向取向；

(c)通过模头对热塑性混合物进行挤压的装置；及

(d)渐缩形料道的后面为一冷却装置，该装置用于对热塑性混合物进行冷却。

12、如权利要求11所述的设备，其中，模头具有一个拉伸比，该拉伸比被定义为模头进口的横截面与出口的横截面之比，其中，拉伸比为3∶1～15∶1。

13、如权利要求12所述的设备，其中，渐缩形料道的形状为双曲线形状。

14、如权利要求11所述的方法，其中，挤压装置包括一标准型螺杆的挤出机。

15、如权利要求11所述的设备，其中(a)装置为与模头邻接的储料槽。

16、如权利要求11所述的设备，其中，冷却装置包括：具有一确定的内壁通道的定型套，该定型套邻接于模头，该内壁的横截面形状与模头出口处的横截面形状相同。

17、如权利要求11所述的设备，其中，模头进一步包括：一位于模头内的芯模，该芯模通过渐缩形料道延伸，其中芯模的使用可在热塑性混合物内形成一个空腔。

18、如权利要求17所述的设备，其中，芯模在渐缩形料道的下方延伸距离可被选择，以便使热塑性混合物在达到芯模末端之前能够充分冷却，这样，就可在其内形成一个空腔。

19、如权利要求17所述的设备，其中，芯模在渐缩形料道的下方延伸距离可被选择，以便使至少一部分热塑性聚合物在热塑性混合物的外层产生纵向取向，这样，热塑性混合物向空腔内发泡，以成型一个具有一体发泡芯层的实心外皮的型材。

20、如权利要求17所述的设备，其中，模头的拉伸比被定义为模头的入口与出口的模截面面积之比，其中拉伸比为3∶1～15∶1。

21、如权利要求20所述的设备，其中渐缩形料道的形状为双曲线形状。

22、如权利要求17所述的设备，其中，挤压装置包括一标准型螺杆的挤出机。

23、如权利要求17所述的设备，其中，(a)为邻接于模头的储料槽。

24、如权利要求17所述的设备，其中，冷却装置包括：具有一确定内壁通道的定型套，定型套邻接于模头，内壁的横截面的形状与模头出口的横截面形状相同。

25、一种由含有热塑性聚合物的热塑性混合物生产的热塑性产品，该产品具有一硬质的、实心的并纵向取向的热塑性聚合物外皮，和一体低密度发泡的芯层。

26、如权利要求25所述的热塑性产品，其中，热塑性混合物包括一与之充分混合的填料，位于实心外皮中的填料与热塑性聚合物一起产生纵向取向。

27、如权利要求26所述的热塑性产品，其中，填料的纵横比大于1。

28、如权利要求27所述的热塑性产品，其中，填料可从下列一组纤维素纤维中选择，它们是：纤维素粒子、云母碎片、滑石碎片、石棉纤维、玻璃纤维、金属纤维和碳纤维。

29、如权利要求27所述的热塑性产品，其中，热塑性混合物中的填料含量可高达75％(重量)。

30、如权利要求25所述的热塑性产品，其中，热塑性聚合物可从下列一组中选择，它们是：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和乙烯-丙烯共聚物。

31、如权利要求27所述的热塑性产品，其中，热塑性聚合物可从下列一组中选择，它们是：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及乙烯-丙烯共聚物。

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